CC BY
82
DOI 10.36622/VSTU.2022.18.2.005 УДК 621-391
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛЁТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ЦЕЛЕВОЙ ИНФОРМАЦИИ С МОДУЛЯЦИЕЙ QAM И OFDM
Д.Г. Пантенков1, М.А. Загнетко2, В.П. Литвиненко3
ХАО «Кронштадт», г. Москва, Россия 2ЗАО «Московский научно-исследовательский телевизионный институт», г. Москва, Россия 3Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия
Аннотация: в настоящее время особую актуальность приобрели роботизированные системы (РС) и комплексы различного базирования, в том числе беспилотные летательные аппараты (БпЛА). При этом любое роботизированное средство оснащается широким набором полезных нагрузок (датчиков), с которых в режиме реального времени представляется возможным передавать информацию об окружающей обстановке удалённому оператору, который посредством её анализа и интерпретации будет принимать те или иные решения. С учётом того, что современные датчики имеют очень высокие разрешающие способности, то объём информации, который записывается во внутреннюю память и параллельно передается удалённому оператору по радиоканалу, может составлять сотни мегабит или даже единицы гигабит. В таком случае актуальной становится задача оптимального выбора сигнально-кодовой конструкции (СКК) радиосигнала в канале сброса целевой информации, от которой принципиальным образом зависят достижимые пропускные способности. Рассмотрены результаты лётных испытаний в части передачи целевой информации с лётно-подъёмного средства (ЛПС) на стационарный наземный пункт управления и обработки информации (НПУОИ), перспективный метод модуляции радиосигнала на базе OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением радиоканалов), а также представлено сравнение энергетических параметров радиолинии при передаче целевой информации с помощью классической квадратурной амплитудной модуляции QAM и OFDM сигнала, когда множество находящихся в общей полосе поднесущих модулированы модуляциями с различными скоростями кодирования
Ключевые слова: лётно-подъёмное средство, радиоканал сброса целевой информации, радиосигнал, модуляция, QAM, OFDM, скорость передачи целевой информации, спектральная эффективность радиосигнала, энергетические запасы, результаты лётных испытаний, аппаратная реализация, антенны, СВЧ-модули
Введение
В работах [1-19] представлены принципы построения и технические характеристики радиолиний передачи командно-телеметрической и целевой информации от датчиков роботизированных систем на пункты приёма и обработки информации. При этом в качестве роботизированных систем в работах [1-19] преимущественно рассматриваются комплексы с беспилотными летательными аппаратами (КБпЛА), хотя представленные подходы и принципы организации радиосвязи с учётом имеющейся специфики различных видов РС могут быть распространены и на роботов не только авиационного базирования.
В работах [20-26] системно рассмотрены вопросы современного состояния и перспектив развития робототехнических комплексов, анализа средств и способов противодействия функционированию БпЛА с целью уменьшения эффективности их целевого применения в части радиоэлектронной борьбы (РЭБ) - радиоэлектронного подавления и поражения
приёмо-передающей аппаратуры из состава комплексов связи.
В работе [5] представлены основные технические требования к радиоканалам радиосвязи и информационного обмена применительно к БпЛА, систематизированы и проанализированы основные требования к форматам видеоизображений и стандартам передачи данных на примере семейства стандартов STANAG. Согласно [5], для передачи видеопотоков с разрешением 1920*1080*(24р) 30р понадобится минимальная пропускная способность 20 Мбит/с для одного источника сигнала. В качестве основной проблемы при реализации радиоканалов связи с БпЛА обозначено ограничение частотного ресурса при постоянном росте требований к скорости передачи данных, для чего необходимы новые методы минимизации потребной полосы частот или совместного использования единой полосы частот различными БпЛА в составе группы.
В работе [19] представлены результаты расчётов и имитационного моделирования по выбору оптимальных сигнально-кодовых конструкций в командно-телеметрическом радиоканале БпЛА. По результатам моделирования
© Пантенков Д.Г., Загнетко М.А., Литвиненко В.П., 2022
показано [19], что с позиций обеспечения высокого уровня помехозащищённости рационально выбирать СКК в виде широкополосного радиосигнала с прямым расширением спектра псевдослучайной последовательностью с двухпозиционной фазовой модуляцией BPSK со скоростью кодирования не более 1/3.
По результатам анализа известной литературы [1-19] можно сделать вывод, что данная тематика рассматривается преимущественно в теоретическом аспекте и в настоящее время не в полной мере систематизированы, обобщены и представлены результаты наземных отработок и лётных испытаний комплексов радиосвязи в составе КБпЛА в части анализа полученных результатов по передаче потока данных с БпЛА именно в условиях реального применения.
В данной статье не рассматривается командно-телеметрический радиоканал обмена информацией между БпЛА и НПУОИ, имеющий свою специфику в части требований к его помехоустойчивости, крипто- и имитостойко-сти как защите от перехвата и т.д.
В данной статье значительное внимание уделяется современным возможностям передачи (сброса) по высокоскоростному радиоканалу именно целевой информации с БпЛА (как частный возможный случай РС) на НПУОИ. В качестве СКК в радиоканале передачи (сброса) информации от целевых нагрузок могут быть использованы самые различные СКК - QAM, PSK с переменной позиционностью, OFDM и пр.
В работе [8] подробно представлены принципы формирования и кодирования перспективного OFDM сигнала, аппаратная реализация антенных систем для обеспечения его приёма и передачи, а также обозначены его основные преимущества перед другими СКК, подтверждённые результатами компьютерного моделирования. Для выбранных исходных данных, ограничений и допущений, а также условий моделирования была показана расчётная скорость передачи целевой информации на одной несущей около 15-20 Мбит/с.
К основным преимуществам OFDM сигнала, по сравнению со схемой с одной несущей, можно отнести способность противостоять сложным условиям в радиоканале - бороться с узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM-сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узко-
полосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный радиосигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольную интерференцию (МСИ) [8].
В данной статье представлены результаты реальных лётных испытаний комплекса средств радиосвязи (КСР), целью которых было получение статистического массива данных по результатам полётов на беспилотном носителе и летающей лаборатории и проведение сравнительного анализа энергетического баланса при использовании модуляций QAM и OFDM.
1. Научно-технический и технологический задел предприятий отечественной промышленности
На сегодняшний день крупные отечественные производители радиоэлектронной аппаратуры уже сформировали достаточный научно-технический и технологический заделы по созданию комплексов средств радиосвязи для различных авиационных носителей, в том числе беспилотных - БпЛА «Корсар», «Орион», «Альтиус», «Форпост-Р», «Охотник», «Орлан».
При этом до недавнего времени приёмопередающие средства и антенные системы проектировались исходя из того, что в качестве СКК используются радиосигналы с амплитудной или фазовой модуляцией по схеме с одной несущей, что отражается в определённых особенностях формирования диаграммы направленности (ДН) антенной системы по азимуту и углу места.
В настоящее время стали появляться радиомодемы для формирования и обработки COFDM радиосигналов (OFDM с канальным кодированием), которые обладают описанными выше преимуществами и позволяют передавать целевую информацию от разных целевых нагрузок (датчиков) с крайне высокими скоростями за счёт возможности использования нескольких несущих (множества поднесущих).
В табл. 1 представлены достигнутые отечественной промышленностью параметры модуляторов и демодуляторов сигналов COFDM.
1.1. Бортовые СВЧ приёмопередатчики радиосигналов COFDM
Известны отечественные бортовые СВЧ передатчики-конверторы радиосигналов
COFDM диапазона 2,2-2,6 ГГц, имеющие ли-
терное исполнение, при входной промежуточной частоте 810±7,5 МГц, имеют выходные частоты: 2200±7,5 МГц; 2350±7,5 МГц; 2550±7,5 МГц.
Полоса выходных частот литерных передатчиков по уровню 3 дБ равна 15 МГц.
_Общие параметры модуляторов
Максимальная выходная мощность бортовых передатчиков в режиме COFDM: 4 Вт при MER (коэффициент ошибок модуляции) не менее 14 дБ; 3 Вт при MER не менее 18 дБ.
Таблица 1
и демодуляторов сигналов COFDM
Наименование параметра Значение
Тип входных (модулятор) и выходных (демодулятор) интерфейсов Ethernet (IP/UDP), MPEGoIP
Напряжение питания модулятора и демодулятора 27 В DC или 220 В AC
Скорость передачи данных, Мбит/с от 3,6 до 48
Диапазон выходных частот модуляторов COFDM, МГц 470-860
Диапазон входных частот демодуляторов COFDM, МГц 470-860
Доплеровский сдвиг частоты на входе демодулятора, не более, кГц 20
Скорость изменения Доплеровского сдвига частоты на входе демодулятора, не более, кГц/с 0,2
Шаг перестройки частот сигналов COFDM, Гц 1
Режимы модуляции сигналов COFDM В полном объеме режима А стандарта DVB-T2, а также стандарта DVB-T
Глубина временного перемежения данных от 15 мс до 1000 мс
Диапазон изменения мощности сигнала COFDM на от минус 20 до нуля с шагом 0,1 дБ
выходе модулятора, дБм
Диапазон изменения мощности сигнала COFDM на от минус 50 до минус 20
входе демодулятора, дБм
MER на выходе модулятора, не менее, дБ 40
Пороговое значение Eb/N0 на входе демодулятора (радиоканал Гаусса) при скоростях передачи данных от 3,6 до 48 Мбит/с (вероятность ошибки в выходном потоке демодулятора равна не более 10-9), дБ В соответствии со спецификацией стандарта DVB-T2
Интерфейсы управления блоками модуляторов и демодуляторов Ethernet, SNMP
Масса модулятора бортового исполнения, не более, кг 0,8
В рассматриваемой аппаратуре обеспечивается максимальный коэффициент передачи блоков, устанавливаемых на ЛПС, не менее 57 дБ (кроме режима сквозной ретрансляции).
В передающем тракте блоков, устанавливаемых на ЛПС (кроме режима сквозной ретрансляции), обеспечивается регулировка коэффициента передачи не менее 20 дБ с шагом 1 дБ.
Неравномерность коэффициента передачи в полосе ±7,5 МГц составляет не более ±2 дБ.
В режиме сквозной ретрансляции в передающем тракте блоков, устанавливаемых на ретрансляторе (РТР), предусмотрена автоматическая регулировка усиления (АРУ) глубиной не менее 20 дБ. Порог включения АРУ может изменяться.
В режиме сквозной ретрансляции обеспечивается коэффициент передачи блоков при выключенном АРУ не менее 65 дБ.
В состав блоков входят полосовые СВЧ фильтры, обеспечивающие уровень шумовых и сосредоточенных внеполосных составляющих передатчиков, измеренных в полосе 8 МГц, отстоящей от центральной частоты передатчика на более чем ±15 МГц — менее минус 55 дБм.
В данной аппаратуре обеспечивается долговременная относительная нестабильность гетеродинов не более 2*10"7 и спектральная плотность фазовых шумов гетеродинов при отстройке от несущей:
на 100 Гц не более минус 67 дБ;
на 1 кГц не более минус 75 дБ;
на 10 кГц не более минус 85 дБ;
на 100 кГц не более минус 95 дБ.
Масса бортового передатчика составляет не более 800 г, потребление от бортовой сети 27 В при выходной мощности в режиме COFDM 4 Вт - не более 22 Вт.
Интерфейс управления блоком передатчика-конвертора - Ethernet, SNMP.
Бортовые малошумящие приёмники-конверторы радиосигналов COFDM диапазона 2,2-2,6 ГГц разрабатывались для размещения на лёгких БпЛА и имеют литерное исполнение.
При входных частотах 2200±7,5 МГц, 2350±7,5 МГц, 2550±7,5 МГц выходная промежуточная частота равна 810±7,5 МГц.
Коэффициент шума, измеренный по входу СВЧ, составляет не более 3 дБ.
Уровень интермодуляционных составляющих, измеренный двухсигнальным методом, при суммарной выходной мощности двух сигналов равен минус 15 дБм (входная мощность при включенной АРУ - минус 60 дБм) составляет не более минус 20 дБ.
Коэффициент передачи, измеренный при выключенном АРУ (до порога срабатывания АРУ) и входном сигнале в диапазоне от минус 100 до минус 80 дБм, равен не менее 65 дБ.
Неравномерность коэффициента передачи в полосе ±4 МГц от центральной частоты - не более ±1 дБ.
Уровень подавления внеполосных сигналов при отстройке от центральной частоты: ± 40 МГц - не менее 65 дБ; ± 180 МГц - не менее 75 дБ. Спектральная плотность фазовых шумов гетеродинов при отстройке от несущей:
на 100 Гц не более минус 67 дБ;
на 1 кГц не более минус 75 дБ;
на 10 кГц не более минус 85 дБ;
на 100 кГц не более минус 95 дБ.
Масса бортового приёмника-конвертора составляет не более 800 г, потребление от бортовой сети 27 В - не более 15 Вт.
Интерфейс управления блоком приёмника-конвертора - Ethernet, SNMP.
Разработанные к настоящему времени СВЧ приёмопередатчики радиосигналов COFDM для радиорелейных линий связи диапазонов 3,6-4,2 МГц и 5,9-6,4 МГц имеют диапазоны перестройки 500 МГц с шагом 1 МГц (гетеродины трактов передачи и трактов приёма различные).
Максимальная мощность существующих передатчиков диапазонов 3,6-4,2 МГц и 5,9-6,4 МГц составляет 2 Вт (при MER не менее 35 дБ).
Коэффициент шума не превышает 4 дБ.
Глубина АРУ приёмников - не менее 60
дБ.
Параметры стабильности частоты и фазовых шумов соответствуют приведённым выше для литерных блоков.
Бортовые СВЧ передатчики-конверторы радиосигналов COFDM диапазона 5,9-6,4 ГГц разрабатывались для размещения на высотных антенно-мачтовых сооружениях (АМС) систем телерадиовещания.
В приёмопередатчиках обеспечиваются мощность передачи в режиме COFDM 2 Вт, коэффициент шума не более 3,5 дБ, перестройка частот в полосе 500 МГц с шагом 1 МГц и уникальные параметры фазовых шумов и линейности на лёгких БпЛА, имеют литерное исполнение.
Необходимо отметить, что в настоящее время отсутствуют известные аналоги, обеспечивающие приведённые параметры спектральной плотности мощности фазовых шумов, подавления внеполосных сигналов и параметры линейности приёмных и передающих трактов.
Внешний вид приёмопередатчика диапазона 6 ГГц представлен на рис. 1.
Рис. 1. СВЧ приёмопередатчик диапазона 5925-6425 МГц с мощностью в режиме COFDM 2 Вт
1.2. Бортовые коллинеарные антенны для диапазонов частот от 800 до 6400 МГц
Основные характеристики разработанных бортовых коллинеарных антенн для диапазонов частот от 800 МГц до 6400 МГц представлены в табл. 2.
Таблица 2
Характеристики бортовых коллинеарных
Оценки параметров деформации ДН корпусом ЛПС проведены при размещении антенн на технологическом люке фюзеляжа самолета «ИЛ-114 ЛЛ» без учёта дополнительных потерь при размещении антенн под штатным радиопрозрачным обтекателем (РПО) бортовой радиолокационной системы (БРЛС).
На рис. 2 приведён внешний вид бортового модулятора сигналов COFDM, бортового СВЧ передатчика с мощностью в режиме COFDM 4 Вт и бортовой антенны, ненаправленной в азимутальной плоскости с КУ 6,5 дБи (диапазон 2550 МГц).
Рис. 2. Бортовой модулятор сигналов COFDM, бортовой СВЧ передатчик с мощностью в режиме COFDM 4 Вт и бортовая антенна
На рис. 3 приведён внешний вид бортового малошумящего приёмника и передатчика, осуществляющих ретрансляцию сигналов COFDM по промежуточной частоте.
._____ -
Рис. 3. Бортовой ретранслятор сигналов COFDM (ретрансляция по промежуточной частоте)
Комплект аппаратуры ретранслятора конструктивно может поместиться на лёгком БпЛА «0рлан-10» в центроплане аппарата.
Антенны устанавливаются в верхней части центроплана на удалении 700 мм друг от друга.
Максимальный КУ ретранслятора (от выхода приёмной до входа передающей антенны) равен 130 дБ, обеспечивается автоматическая регулировка усиления (АРУ) глубиной до 60 дБ и фильтровая развязка трактов передачи и приёма не менее 120 дБ.
На рис. 4 и рис. 5 приведён внешний вид БпЛА «0рлан-10» с аппаратурой ретрансляции сигналов COFDM.
Рис. 4. Аппаратура ретрансляции, размещённая в центроплане БпЛА «0рлан-10»
антенн
Диапазон частот 1700-1900 МГц 2300-2500 МГц 59006400 МГц
Максимальный
коэффициент усиления (КУ), дБи 8 9 11
КУ при угле
места 0 град.
при размещении на ЛПС, 8 9 11
дБи
Коэффициент
стоячей волны 1,5 1,5 1,5
(КСВ), не бо-
лее, ед.
Размеры, мм 38x38x495 38x38x480 38х38х 420
Рис. 5. Размещение приёмной и передающей антенн на крыльях БпЛА «0рлан-10»
Внешний вид бортового комплекта аппаратуры ретрансляции сигналов COFDM с обработкой информации с пассивной системой климатической защиты, использующей тепловые трубы с переменной теплопроводностью, для размещения на самолётах и БпЛА с полезной нагрузкой более 10 кг, приведён на рис. 6.
В приведённом конструктиве обеспечивается размещение различных комбинаций блоков СВЧ и аппаратуры каналообразования:
- СВЧ передатчик, СВЧ приёмник, один модулятор COFDM, один демодулятор COFDM (ретранслятор одной несущей COFDM с обработкой радиосигналов на борту);
- или два СВЧ передатчика, два модулятора COFDM (двухдиапазонный бортовой передатчик двух несущих COFDM);
- или СВЧ передатчик, модулятор COFDM и аппаратура высокоскоростного радиоканала БпЛА «0рлан-10» с модуляцией QAM, радиоканал управления с модуляцией псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).
Совместное размещение аппаратуры с модуляцией QAM и COFDM использовано для получения адекватных сравнительных оценок параметров радиолиний с различными методами модуляции и кодирования в ходе лётных испытаний.
Рис. 6. Внешний вид бортового комплекта аппаратуры ретрансляции сигналов COFDM и QAM с обработкой информации
1.3. Аппаратура комплексов наземных пунктов управления и обработки информации
В составе аппаратурных комплексов НПУОИ в настоящее время могут использоваться:
- приёмная антенная система с зеркалом диаметром около 1,5 м диапазона 22002700 МГц с системой автоматического наведения на самолёт или БпЛА;
- приёмный малошумящий усилитель-конвертор диапазона 2200 МГц или 2350 МГц;
- демодуляторы видеоданных COFDM;
- блок приёма, демодуляции и декодирования высокоскоростных данных с модуляцией QAM;
- программный декодер видеоданных, осуществляющий формирование не компрессированных видеоданных;
- аппаратура радиоканала управления аппаратурой радиолинии;
- автоматизированное рабочее место оператора управления БпЛА;
- автоматизированное рабочее место оператора управления аппаратурой радиолинии.
Внешний вид приёмного малошумящего усилителя-конвертора и демодулятора видеоданных COFDM (2 демодулятора в одном корпусе стоечного исполнения) приведён на рис. 7.
Аппаратура НПУОИ может размещаться как в составе стационарных объектов, так и в составе мобильных объектов на базе автомобиля «КАМАЗ-5350» с кузовом-фургоном К.5350, или транспортируемых объектов (контейнеров).
На рис. 8 приведён внешний вид варианта НПУОИ на базе автомобиля «КАМАЗ-5350» с кузовом-фургоном К.5350, с антенной диаметром 1,5 м, установленной на выносном опорно-поворотном устройстве (ОПУ), размещённом на крыше кузова, с расчётным КУ 28 дБи.
Рис. 7. Наземный демодулятор сигналов COFDM и малошумящий усилитель-конвертор
Рис. 8. Вариант НПУОИ на базе автомобиля «КАМАЗ-5350» с кузовом-фургоном К.5350 с антенной диаметром 1,5 м, установленной на крыше фургона
1.4. Антенные посты с системами наведения на ЛПС с антеннами диаметром от 0,9 м до 1,5 м диапазонов 2,2-2,7 ГГц и 5,9-6,4 ГГц
В радиолиниях с ЛПС, как вариант, могут использоваться антенные системы диапазона 2,2-2,7 ГГц с облегчёнными антеннами сетчатого типа диаметром 0,9 м (работа на дально-
стях до 150 км) и 1,5 м (работа на дальностях до 310 км).
Антенна диаметром 0,9 м вместе с ОПУ может размещаться на телескопической мачте высотой до 10 м, что в ряде случаев облегчает требования по обеспечению радиовидимости БпЛА.
Антенна диаметром 1,5 м вместе с ОПУ размещается на выносной треноге. Обеспечивается возможность выноса антенного поста с аппаратурой на расстояние до 70 м от НПУ.
Основные характеристики блока ОПУ для антенны диаметром 1,5 м приведены в табл. 3.
1.5. Пассивные системы климатической защиты аппаратуры наземного и бортового исполнения
Комплекты аппаратуры с модуляцией COFDM (кроме передающей антенны) размещаются в защищённых отсеках с пассивной системой тепловой защиты на основе тепловых труб с переменной теплопроводностью.
Таблица 3
Технические характеристики блока ОПУ для антенны диаметром 1,5 м
Характеристика Значение
Угол поворота, град.: - по азимуту, град.; - по углу места, град. без ограничения от минус 5 до плюс 90
Скорость поворота, град/сек.: - по углу места (регулируется); - по азимуту (регулируется) 1; 15 1; 20
Ошибка позиционирования, в экстремальном режиме, не более, град. ± 0,5
Режимы наведения программный, экстремальный, комбинированный, ручной
Тип интерфейса управления RS-485 / RS-422
Напряжение питания постоянного тока, В 24±10%
Потребляемая мощность, не более, Вт 65
Рабочая температура эксплуатации, 0С - стандартного исполнения; - «северного» исполнения. Температура хранения, 0С от минус 35 до плюс 50 от минус 50 до плюс 50 от минус 55 до плюс 70
Габаритные размеры: длина, ширина, высота, мм 1600x600x400
Масса, не более, кг 28
Работоспособность аппаратуры в заданных условиях эксплуатации обеспечивается без дополнительного электропотребления для подогрева аппаратуры при пониженных тем-
пературах и охлаждения аппаратуры при повышенных температурах окружающей среды.
Разработанный конструктив позволяет в зависимости от места установки аппаратуры использовать в качестве внешнего радиатора
элементы конструкции объекта установки (топливный бак, фюзеляж и т.п.).
При отсутствии такой возможности используются входящие в состав защищённого конструктива внешние радиаторы (штыревые, ребристые) различных вариантов исполнения (металлические или пластмассовые из термопласта). Параметры радиаторов для конкретного варианта конструкции определяются таким образом, чтобы при температуре окружающей среды 50°С на радиаторах установленного внутри отсека оборудования температура не превышала 65°С, а при температуре окружающей среды минус 60°С на радиаторах установленного оборудования температура была не менее плюс 5°С.
1.6. Аппаратно-программный комплекс управления радиолиниями с сигналами COFDM
Комплекс обеспечивает полный мониторинг состояния сети связи из нескольких пространственно-разнесённых объектов связи в целом, отдельных радиолиний и аппаратуры локальных узлов.
Управление элементами сети может осуществляться как от центрального сервера, так и от блоков контроля и управления локальных узлов (терминалов ИРЛ) при наличии у них соответствующих полномочий.
Такая возможность обеспечивается посредством передачи одной формализованной команды автоматизированной и автоматической прошивки заданных режимов работы всего комплекса аппаратуры любого локального узла (несколько сотен параметров для аппаратуры с сигналами COFDM).
Данные о состоянии сети формируются при опросе с заданной периодичностью (2-4 секунды для сети из 5 локальных узлов), «матриц состояния оборудования» каждого из локальных узлов и вектора тех параметров, значения которых вышли из заданных границ.
В состав комплекса входит центральный сервер, АРМ НПУОИ и совокупность блоков контроля и управления локальных узлов (БпЛА, других пунктов управления).
Центральный сервер и блоки контроля и управления наземных локальных узлов представляют собой портативные ПК с предустановленным ПО.
На ЛПС при пропускной способности радиоканала управления до 16 кбит/с в качестве блоков контроля и управления используются
блоки, обеспечивающие упрощённую фильтрацию данных узла и сопряжение с низкоскоростным радиоканалом управления.
При наличии радиоканала управления со скоростью передачи информации более 64 кбит/с блоки управления на ЛПС могут не устанавливаться, и эти объекты управляются непосредственно центральным сервером.
2. Результаты лётных испытаний передачи
целевой информации по радиолинии с модуляцией радиосигнала QAM и OFDM
Лётные испытания проводились в реальных климатических условиях в районе Ладожского озера в период с мая по октябрь 2018 г.
Испытания проводились как с использованием лёгких БпЛА типа «Орлан-10» (рис. 9), так и с использованием самолёта-лаборатории «Ил-114ЛЛ» (рис. 10) на базе лётно-испытательного комплекса (ЛИК) АО «НПП «Радар ММС» (г. Санкт-Петербург»).
Трассы полётов при проведении испытаний как с лёгкими БпЛА, так и с самолётом «ИЛ-114ЛЛ» отличались только высотными коридорами (до 4,3 км и до 6,4 км соответственно) и длиной трасс (250 км и 310 км соответственно). Схема проведения лётных испытаний приведена на рис. 11. На рис. 12 представлен малогабаритный приёмный терминал диапазона 2 ГГц.
НПУОП с кузожш-фургокоы БпЛА-ОЭМ «Орлан-Ю» БпЛА-Р «Орлан-Ю»
К5350 с антенной диаметром 0,5 м
Рис. 9. Аппаратурные комплексы, использованные при испытаниях с лёгким БпЛА «Орлан-10»
Рис. 10. Летающая лаборатория «Ил-114ЛЛ» с установленными объектами испытаний
На рис. 13 приведены типовые спектрограммы сигналов COFDM для периодов отсутствия замираний (при максимальных отношениях сигнал/шум, слева), наличия плоских интерференционных замираний (посередине), а также частотно-селективных интерференционных замираний (справа), обусловленных До-плеровским рассеянием.
Рис. 11. Схема проведения лётных испытаний
Рис. 12. Малогабаритный приёмный терминал диапазона 2 ГГц, содержащий плоскую ФАР с КУ 15 дБи и две коллинеарные антенны, ненаправленные в азимутальной плоскости, с КУ 5 дБи
Рис. 13. Типовые спектрограммы сигналов COFDM
Новой задачей, решение которой обеспечивалось в ходе испытаний, являлась задача измерения параметров достоверности и коэффициентов готовности (КГ) радиолиний.
При классическом определении КГ -относительное время работы радиолинии, в течение которого вероятность битовых ошибок не превышает некоторую заданную величину Р
ош макс-
Для передачи компрессированных видеоданных в форматах JPEG максимальное значе-
ние вероятности ошибки на бит на выходе радиоканала (входе декодера JPEG) в известных нормативных документах не определено.
Если принять, что допустимой является одна битовая ошибка в декомпрессированном кадре изображения (искажается один «пиксель») стандартного качества, а также считать, что коэффициент размножения ошибок в декодере JPEG равен коэффициенту компрессии, можно получить, что при коэффициентах компрессии от 8 до 16 максимальное значение ве-
роятности ошибки Рош макс на выходе радиоканала (входе декодера JPEG) должно быть не более 5-10"8... 10-7.
Время анализа вероятности битовых ошибок на выходе радиоканала связи (входе декодера JPEG) с погрешностью 10-15 процентов должно удовлетворять неравенству [16]
При заданной Рош < 10 7 и скорости передачи компрессированных данных 10 Мбит/с интервал анализа вероятности битовых ошибок на входе декодера JPEG должен составлять 85-100 с.
Такое время анализа соизмеримо с предполагаемой длительностью сеанса передачи данных о наблюдаемых объектах, и очевидно, что оно неприемлемо для оценки устойчивости радиолинии.
Кроме того, оценки с приведёнными параметрами усреднения не смогут учесть параметры распространения, имеющие интервалы корреляции, существенно меньшие, чем интервалы времени, необходимые для оценки состояния радиоканала.
Для устранения указанного противоречия при испытаниях использовались две взаимодополняющие системы оценки коэффициента готовности радиоканала:
1) Система оценки КГ на основе измерений отношения сигнал/шум на входе демодуляторов сигналов и параметров системы синхронизации радиоканала с использованием программы контроля и управления аппаратурой «Радиосеть ЛПС».
Цикл опроса аппаратуры, расположенной на ЛПС и НПУОИ, составлял от 1 до 4 секунд.
Таким образом, данные о состоянии радиоканала, в том числе текущее значение отношения сигнал/шум, MER, напряжение АРУ приёмников, параметры временной и частотной синхронизации в радиоканалах, с периодом 1-4 с формировали соответствующие базы данных на ЛПС и НПУОИ.
Погрешность измерения отношения сигнал/шум встроенными контроллерами демодуляторов сигналов составляет не более 2 дБ.
Так как для радиоканала с многолучевым распространением данные об отношении сигнал/шум недостаточны для оценки его состояния, одновременно с данными об измеренных отношениях сигнал/шум программа формирует данные о вероятностях битовой ошибки на входе и выходе системы декодирования, бло-
ковых ошибках и аварийных сигналах временной и частотной синхронизации.
Из совокупности массивов данных о состоянии радиоканала на каждом интервале оценки длительностью 1-4 с формируется индикатор перерыва связи.
Для формирования индикатора перерыва связи используется мультипликативная свёртка событий, состоящих в выходе измеренных параметров из области допустимых значений.
Для задания граничных значений отношения сигнал/шум для каждого из используемых методов модуляции и помехоустойчивого кодирования используются расчётные значения, соответствующие заданной Рош макс на выходе радиоканала (входе декодера JPEG), а также измеренные в ходе стендовых испытаний для радиоканала Гаусса и радиоканала с имитацией многолучевого распространения значения энергетических потерь, связанных с аппаратной реализацией радиоканала и Доплеровским рассеянием.
2) Система оценки КГ на основе оценки параметров передаваемых и принимаемых кадров изображения с использованием программы «SelNet».
Программа «SelNet», установленная на НПУОИ, обеспечивает помимо декомпрессии видеоданных оценку битовых и семантических ошибок в компрессированных потоках с формированием соответствующих баз данных.
Оценка проводится для каждого кадра изображения и, таким образом, интервал оценок оказывается существенно (в 50-200 раз) меньше, чем при использовании программы контроля и управления аппаратурой радиоканала ЛПС «Радиосеть ЛПС».
В зависимости от заданного уровня компрессии и параметров растра не компрессированного изображения на передающем конце кодер JPEG формирует соответствующее число пакетов (фрагментов) для каждого кадра изображения.
Общий размер компрессированного кадра, количество сформированных фрагментов, временная метка кадра и контрольная сумма каждого фрагмента сообщаются приёмнику в служебных данных пакетов.
При наличии синхронизации в радиоканале (синхронизации декодера) приёмник для каждого кадра фиксирует временную метку и общее количество фрагментов, принятых с ошибками и без ошибок.
При нарушении связи по радиолинии (отсутствии синхронизации декодера) запись в
базу прерывается до момента установления синхронизации.
Таким образом, система <^еШеЪ> позволяет оценить вероятность пакетных и битовых ошибок в радиоканале (в периоды времени, для которых обеспечивается синхронизация декодера) и КГ радиоканала за любой заданный промежуток времени как отношение количества принятых кадров к количеству переданных кадров (определяется как произведение длительности сеанса радиосвязи на среднюю скорость передачи кадров).
Погрешность такой оценки определяется длительностью сеанса связи и нестабильностью системы кадровой синхронизации видеоданных.
При длительности сеанса более одной минуты дисперсия оценки скорости передачи кадров составляет менее 0,1% и, соответственно, погрешности оценки коэффициента готовности с использованием системы «^еШеЪ» становятся пренебрежимо малыми.
Таким образом, в ходе лётных испытаний при оценках коэффициента готовности система «^еШеЪ» рассматривалась как эталонная для программы контроля и управления аппаратурой радиоканала ЛПС «Радиосеть ЛПС».
Вместе с тем, при оценках достоверности передачи за тот или иной промежуток времени, программа контроля и управления аппаратурой «Радиосеть ЛПС» рассматривалась как эталонная для системы «^еШеЪ».
Основные результаты лётных испытаний аппаратуры передачи высокоскоростных данных для ЛПС с модуляцией одной несущей частоты QAM и модуляцией COFDM приведены в табл. 4 и табл. 5.
Результаты испытаний радиолинии с ретрансляцией приведены в табл. 4, для модуляции QAM получены для варианта, при которых в полёте находилось одновременно два БпЛА «Орлан-10», один из которых (БпЛА ОЭМ) являлся источником видеоданных (ЛПС - содержит оптико-электронную систему, аппаратуру компрессии и аппаратуру передачи видеоданных), а второй содержит аппаратуру ретрансляции (РТР).
Ретранслятор находился в зоне барражирования на удалении 190-210 км от НПУОИ (по трассе рис. 11), а БпЛА-ОЭМ двигался по заданному маршруту с удалением от НПУОИ до 250 км.
При испытаниях радиолиний с модуляцией COFDM в связи с массогабаритными ограничениями полезной нагрузки БпЛА «Орлан-10» (не более 2 кг) разместить на нём одновременно оптико-электронную систему, аппаратуру компрессии и аппаратуру передачи видеоданных с модуляцией COFDM не представилось возможным (суммарная масса только модулятора COFDM и передатчика составляет около 2 кг, что исключает возможность установки оптико-электронной системы и аппаратуры компрессии).
Кроме того, для дальностей радиоканалов более 200 км БпЛА «0рлан-10» имеет недостаточную длительность и высоту полёта, а расчётные (подлежащие проверке) дальности радиоканалов с сигналами COFDM составляли при имеющихся энергетических параметрах аппаратуры около 250 км.
В силу указанных причин для модуляции COFDM в ходе испытаний использовался наземный имитатор ЛПС.
Имитатор представлял собой штатный передатчик сигналов (модулятор COFDM, передатчик и антенна, см. рис. 8), расположенный на кузове НПУОИ.
Приведённый в таблицах КГ равен отношению числа кадров, принятых без ошибок, к общему числу переданных кадров за время полёта.
КУ бортовых приёмных и передающих антенн приведён с учётом потерь в РПО и деформации ДН корпусом ЛПС.
Мощность передатчика в режиме COFDM приводится для заданных уровней нелинейных искажений (MER) и составляет для разработанных передатчиков 25-30 % от мощности насыщения.
Мощность передатчиков для QAM-4 соответствует 1 дБ компрессии КУ (для разработанных передатчиков 75-80 % мощности насыщения).
Таблица 4
Результаты лётных испытаний аппаратуры передачи высокоскоростного потока данных с модуляцией QAM и COFDM в радиолиниях с ретрансляцией на ЛПС
Радиолиния с ретрансляцией ЛПС-РТР-Н11УОИ
Тип передаваемых данных целевых нагрузок ИК и видео с компрессией JPEG Уровень компрессии от 4 до 32
Наименование параметра Модуляция QAM Модуляция COFDM
Дальность радиолинии с ретрансляцией, км 250 520
Максимальная высота ЛПС (для модуляции COFDM - наземный имитатор) на конечном участке трассы, м 200 5
Максимальная высота РТР на конечном участке трассы, м 2800 5800
Средняя скорость полёта ЛПС, км/ч 60 0
Средняя скорость полёта РТР, км/ч 110 410
Интервал ЛПС-РТР
Максимальная дальность радиолинии ЛПС-РТР, км 50 260
Диапазон частот, ГГц 2,35 0,81
КУ бортовых приёмных и передающих антенн, не более, дБи 5,5 3,1
Мощность бортового передатчика, Вт 5,0 4,0
Скорость передачи информации на участке ЛПС-РТР, Мбит/с 5,0 5,9
Метод модуляции и кодирования на участке ЛПС-РТР QPSK 1/2 (турбо-код) QPSK 1/2
Пороговое отношение сигнал/шум в радиоканале с АБГШ, дБ 3,0 1,0
Средний энергетический запас на участке ЛПС-РТР от 0,8-Ямакс до ймакс, дБ 17,54 1,63
Спектральная эффективность передачи информации, бит/с/Гц 1 1
КГ на участке ЛПС-РТР от 0,8-Ямакс до ймакс, дБ, измер./расчётн. 0,9/0,64 0,92/0,83
Средняя вероятность битовых ошибок информации в период готовности, не более 10-6 10-8
Интервал РТР-НПУОИ
Максимальная дальность радиолинии РТР-НПУОИ, км 200 260
Диапазон частот, ГГц 2,55 2,55
КУ бортовых передающих антенн, не более, дБи 5,5 5,5
Мощность бортового передатчика, Вт 5,0 3,2
Диаметр антенны наземного пункта приёма, м 1,5 1,5
Скорость передачи на участке РТР-НПУОИ 10 12,151
Метод модуляции и кодирования на участке РТР-НПУОИ QPSK 1/2 (турбо-код) QAM-16 1/2
Пороговое отношение сигнал/шум в радиоканале с АБГШ, дБ 3,0 6,0
Средний энергетический запас на участке РТР-НПУОИ от 0,8-Ямакс д° Кмако дБ 16,24 10,83
Спектральная эффективность передачи информации, бит/с/Гц 1 1
КГ на участке РТР-НПУОИ от 0,8-Ямакс до ймакс, дБ, измер./расчётн. 0,94/0,993 0,995/0,991
Средняя вероятность ошибок на бит информации в период готовности, не более 10-6 10-8
Таблица 5
Результаты лётных испытаний аппаратуры передачи высокоскоростных данных с модуляцией _QAM и COFDM в радиолиниях без ретрансляции ЛПС-НПУОИ_
Радиолиния без ретрансляции ЛПС-НПУОИ
Тип передаваемых данных целевых нагрузок ИК и видео с компрессией JPEG-2000 Уровень компрессии от 4 до 32
Наименование параметра Модуляция QAM Модуляция COFDM
Высота ЛПС на конечном участке трассы, м 5900 6400
Средняя скорость полёта ЛПС, км/ч 400-500 400-500
Дальность связи, км 260 310 (ограничена высотой полёта)
Диапазон частот, ГГц 2,55 2,55
КУ бортовых передающих антенн, дБи 5,5 5,5
Мощность бортового передатчика, Вт 5 2,8
Диаметр антенны наземного пункта приема, м 1,5 1,5
Скорость передачи, Мбит/с 10 26,9
Продолжение табл. 5
Метод модуляции и кодирования QPSK 1/2 (турбокод) QAM-256 1/2
Пороговое отношение сигнал/шум в радиоканале с АБГШ, дБ 3 13,2
Средний энергетический запас на участке ЛПС-НПУОИ от 0,8-Ямакс до ймаКс, не более, дБ 14,5 4,07
Спектральная эффективность передачи информации, бит/с/Гц 1 3,45
КГ на участке ЛПС-НПУОИ от 0,8-Ямакс до ймакс, измер./расчётн. 0,92/0,908 0,905/0,79
Средняя вероятность ошибок на бит информации в период готовности, не более 10-6 10"8
Таким образом, при идентичных энергетических параметрах радиолинии с модуляцией COFDM и радиолинии с модуляцией QAM (мощности передатчиков и параметры антенн одинаковы) на одной и той же трассе над водной поверхностью и близких погодных условиях получены следующие результаты сравнительного анализа радиолиний с модуляцией QAM и модуляцией COFDM:
- в радиолинии ЛПС-ЛПС (РТР) максимальная длина «плеча ретрансляции» для КГ, близкого к 0,9, с модуляцией QAM (QPSK 1/2, турбокод) составила 50 км, а в радиолинии с модуляцией COFDM (модуляция поднесущих QPSK 1/2) -260 км. При этом средний энергетический запас на участке ЛПС-РТР от 0,8 ^макс до ймакс, для модуляции COFDM приблизительно на 15 дБ меньше, чем для модуляции QAM;
- в радиолиниях ЛПС-НПУОИ максимальная длина радиоканала со скоростью передачи информации 10 Мбит/с с модуляцией QAM (QPSK 1/2, турбокод) для КГ, близкого к 0,9, и средним энергетический запасом от 0,8-Ямакс до Кмакс около 14 дБ, составила 260 км. Дальность радиосвязи ограничивается энергетическим потенциалом радиолинии;
- в радиолиниях без ретрансляции ЛПС-НПУОИ максимальная длина радиоканала со скоростью передачи 26,9 Мбит/с с модуляцией COFDM (QAM-256, 1/2) для КГ, близкого к 0,9, и средним энергетический запасом от 0,8 «макс до Дмакс около 4 дБ (на 10 дБ меньше, чем с модуляцией QAM), составила 310 км.
Дальность радиосвязи ограничивается недостаточной высотой полёта (выделенный коридор при испытаниях - до 6,4 км) и рефракционными замираниями, связанными с затенением трассы распространения радиосигнала.
Заключение
В данной статье представлены основные достигнутые характеристики радиотехнической
аппаратуры, базирующейся на формировании и обработке радиосигналов типа OFDM, которые, как показано в работе [8], имеют ряд неоспоримых преимуществ перед радиосигналами типа QAM и PSK с различной позиционностью и скоростями кодирования. OFDM является ро-бастной схемой модуляции, обеспечивающей эффективную эквализацию сигнала в многолучевых частотно-селективных каналах связи. Технология модуляции сигналов OFDM применена в большинстве современных беспроводных систем связи, включая беспроводные сети Wi-Fi, системы беспроводного широкополосного доступа WiMAX, системы цифрового телевидения DVB-T, систему связи четвертого поколения LTE и др.
К основным недостаткам OFDM радиосигнала, которые необходимо учитывать разработчикам и эксплантатам радиоэлектронных средств (РЭС), можно отнести: высокий пик-фактор радиосигнала, большой Доплеровский сдвиг частоты, строгие требования к синхронизации времени и частоты радиосигнала.
Лётные испытания показали, что использование радиосигналов OFDM позволяет получить увеличенные дальности радиосвязи, бороться с многолучёвостью, обеспечить работу при меньших энергетических запасах и многократно повысить пропускные способности за счёт наращивания количества поднесущих.
Литература
1. Полынкин А.В., Ле Х.Т. Исследование характеристик радиоканала связи с беспилотными летательными аппаратами // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2013. № 7-2. С. 98-107.
2. Киселев С.В., Попов A.C., Федюшкин А.В. Организация беспроводной широкополосной связи // Научный резерв. 2020. №2(10). С. 32-37.
3. Научно-технический задел создания системы информационного обмена и управления группой беспилотных летательных аппаратов на основе реконфигурируе-мой полносвязной радиосети кластерного типа/ Л.Н. Казаков, А.Б. Герасимов, Е.А. Селянская, А.Б. Царев // Роботизация Вооруженных Сил РФ: сб. ст. V военно-науч. конф. Анапа: Военный инновационный технополис «ЭРА», 2020. С. 60-70.
4. Климов В.С., Лопота А.В., Спасский Б.А. Тенденции развития наземных робототехнических систем военного назначения // Робототехника и техническая кибернетика. 2015. №3(8). С. 3-10.
5. Слюсар В. Передача данных с борта БПЛА: стандарты НАТО//Электроника: наука, технологии, бизнес. 2010. № 3. С. 80-86.
6. Слюсар В. Радиолинии связи с БПЛА. Пример реализации // Электроника: наука, технологии, бизнес. 2010. № 5(103). C. 56-61.
7. Илюшко В.М., Нарытник Т.М. Система передачи данных на базе высотного беспилотного летательного аппарата (СПД "Фаэтон")//Зв'язок. 2004. № 7. С. 38-39.
8. Техническая реализация высокоскоростного информационного канала радиосвязи с беспилотного летательного аппарата на наземный пункт управления/ Д.Г. Пантенков, Н.В. Гусаков, А.Т. Егоров, А.А. Ломакин, В.П. Литвиненко, В.И. Великоиваненко, Е.Ю. Лю-Кэ-Сю // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т.15. №5. С.52-71.
9. Пантенков Д.Г. Технические аспекты создания радиотехнических систем информационно-командного сопряжения для комплексов с беспилотными летательными аппаратами // Антенны. 2021. №1(269). С. 11-29.
10. Система межвидовой связи на беспилотном летательном аппарате / Ю.В. Невзоров, Е.А. Володин, А.С. Коренков, И.А. Фомина // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. 2013. № 1-2. С. 47-49.
11. Цветков К.Ю., Акмолов А.Ф., Викторов Е.А. Модель канала управления передачей смешанного трафика речи и данных в разновысотной системе спутниковой связи // Информационно-управляющие системы. 2012. № 3. С. 63-70.
12. Опыт применения имитационного моделирования боевых действий на базе технологий виртуальной реальности для оценки наземных робототехнических комплексов военного назначения/ И.В. Благодарящев, Е.А. Антохин, А.М. Федулин, В.А. Паничев // Робототехника и техническая кибернетика. 2019. Т. 7. № 2. С. 94-99.
13. Пат. на полезную модель 191 165, Российская Федерация, МПК Н04 В 7/02 (2006.01). Бортовой терминал радиосвязи беспилотного летательного аппарата / Долженков Н.Н., Абрамов А.В., Егоров А.Т., Ломакин
A.А., Пантенков Д.Г.; заявитель и патентообладатель АО «Кронштадт». 26.07.2019, Бюл. №21.
14. Пантенков Д.Г., Литвиненко В.П. Техническая реализация критических узлов и устройств приема широкополосных радиосигналов // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2020. Т. 16. № 3. С. 34-45.
15. Система информационного обмена и обнаружения объектов в условиях сложного рельефа местности /
B.К. Цветков, К.С. Лялин, А.И. Синани, А.Л. Переверзев,
B.И. Орешкин // Наноиндустрия. 2020. № S5-1(102).
C. 117-125.
16. Верба В.С., Татарский Б.Г. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. В 2-х кн. Кн. 1:
Принципы построения и особенности применения комплексов с БЛА: монография. М.: Радиотехника, 2016. 507 с.
17. Верба В.С., Татарский Б.Г. Комплексы с беспилотными летательными аппаратами. В 2-х кн. Кн. 2: Робототехнические комплексы на основе БЛА: монография. М.: Радиотехника, 2016. 821 с.
18. Иванкин Е.Ф. Информационные системы с апостериорной обработкой результатов измерений: монография / под ред. А.Г. Остапенко. М.: Горячая линия - Телеком, 2008. 168 с.
19. Особенности построения радиоканала с беспилотным летательным аппаратом/ Д.А. Кузнецов, П.О. Митрошина, А.К. Сагдеев, А.А. Сёмин // Труды учебных заведений связи. 2016. Т. 2. № 2. С. 82-88.
20. Чиров Д.С., Лобов Е.М. Выбор сигнально-кодовой конструкции для командно-телеметрической линии радиосвязи с беспилотными летательными аппаратами средней и большой дальности // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Т. 11. № 10. С. 21-28.
21. Макаренко С.И. Робототехнические комплексы военного назначения - современное состояние и перспективы развития // Системы управления, связи и безопасности. 2016. № 2. С. 73-132. DOI: 10.24411/2410-9916-201610204.
22. Макаренко С.И., Тимошенко А.В., Васильчен-ко А.С. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Ч. 1: Беспилотный летательный аппарат как объект обнаружения и поражения // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 1. С. 109-146. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10105.
23. Макаренко С.И., Тимошенко А.В. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Ч. 2: Огневое поражение и физический перехват // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 1. С. 147-197. DOI: 10.24411/2410-9916-202010106.
24. Макаренко С.И. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Ч. 3: Радиоэлектронное подавление систем навигации и радиосвязи // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 2. С. 101-175. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10205.
25. Макаренко С.И. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Ч. 4: Функциональное поражение сверхвысокочастотным и лазерным излучениями // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 3. С. 122-157. DOI: 10.24411/24109916-2020-10304.
26. Бомштейн К.Г., Полянский В.В. Борьба с беспилотными летательными аппаратами противника // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2014. № 2. С. 49-60.
27. Семенец В.О., Трухин М.П. Способы противодействия беспилотным летательным аппаратам // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2018. Т. 10. № 3. С. 4-12.
Поступила 03.03.2022; принята к публикации 19.04.2022 Информация об авторах
Пантенков Дмитрий Геннадьевич - канд. техн. наук, заместитель главного конструктора по радиосвязи, АО «Кронштадт» (123060, Россия, г. Москва, 1-й Волоколамский пр-д, д. 10, стр. 1), тел. 8(926)109-23-95, e-mail: pantenkov88@mail.ru Загнетко Михаил Анатольевич - канд. техн. наук, старший научный сотрудник, главный конструктор средств радиосвязи, ЗАО «Московский научно-исследовательский телевизионный институт» (105094, Россия, г. Москва, ул. Гольяновская, 7а, стр. 1), e-mail: mzagnetko@gmail.com
Литвиненко Владимир Петрович - канд. техн. наук, доцент, Воронежский государственный технический университет (394006, Россия, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84), e-mail: litvinvp@gmail.com
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE RESULTS OF FLIGHT TESTS OF TRANSMISSION OF HIGH-SPEED TARGET INFORMATION WITH QAM AND OFDM MODULATION
D.G. Pantenkov1, M.A. Zagnetko2, V.P. Litvinenko3
^'Kronstadt", Moscow, Russia 2"Moscow Scientific Research Television Institute", Moscow, Russia 3Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia
Abstract: currently, robotic systems (RS) and complexes of various bases, including unmanned aerial vehicles (UAVs), have become particularly relevant. At the same time, any robotic vehicle is equipped with a wide range of payloads (sensors), from which it is possible to transmit information about the environment to a remote operator in real time, which, through its analysis and interpretation, will make certain decisions. Taking into account the fact that modern sensors have very high resolution capabilities, the amount of information that is recorded in internal memory and transmitted to a remote operator via a radio channel can be hundreds of megabits or even units of gigabits. In this case, the task of optimal selection of the signal-code design of the radio signal in the channel of the target information reset becomes urgent, on which the achievable throughput mainly depends. This article reviews the results of flight tests in terms of transmitting target information from a flight-lifting vehicle (FLV) to a stationary ground control and information processing station (GCIPS), a promising method of modulation of a radio signal based on OFDM (multiplexing with orthogonal frequency division of channels), and also presents a comparison of the energy parameters of a radio line when transmitting target information using classical quadrature amplitude modulation of QAM and OFDM signal, when a set of subcarriers in a common band are modulated by modulations with different encoding rates
Key words: flight-lifting equipment, target information reset radio channel, radio signal, modulation, QAM, OFDM, target information transmission rate, radio signal spectral efficiency, energy reserves, flight test results, hardware implementation, antennas, microwave modules
References
1. Polynkin A.V., Le H.T. "Investigation of the characteristics of the radio communication channel with unmanned aerial vehicles", News of Tula State University (Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta), 2013, no. 7-2, pp. 98-107.
2. Kiselev S.V., Popov A. C., Fedyushkin A.V. "Organization of wireless broadband communications", Scientific Reserve (Nauchnyy rezerv), 2020, no. 2(10), pp. 32-37.
3. Kazakov L.N., Gerasimov A.B., Selyanskaya E.A., Tsarev A.B. "Scientific and technical groundwork for creating an information exchange system and controlling a group of unmanned aerial vehicles based on a reconfigurable fully connected cluster-type radio network", Proc. of the V Military-Scientific Conf.: Robotization of the Armed Forces of the Russian Federation (Robotizatsiya Vooruzhennykh Sil RF), 2020, pp. 60-70.
4. Klimov V.S., Lopota A.V., Spasskiy B.A. "Trends in the development of ground-based robotic systems for military purposes", Robotics and Technical Cybernetics (Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika), 2015, no. 3(8), pp. 3-10.
5. Slyusar V. "Data transmission from the UAV: NATO standards", Electronics: STB (Elektronika: nauka, tekhnologii, biznes), 2010, no. 3, pp. 80-86.
6. Slyusar V. "Radio lines of communication with UAVs. Example of implementation", Electronics: STB (Elektronika: nauka, tekhnologii, biznes), 2010, no. 5(103), pp. 56-61.
7. Ilyushko V.M., Narytnik T.M. "Data transmission system based on a high-altitude unmanned aerial vehicle (SPD "Phaeton")", Zv'yazok, 2004, no. 7, pp. 38-39.
8. Pantenkov D.G. Gusakov N.V., Egorov A. T., Lomakin A.A., Litvinenko V.P., Velikoivanenko V.I., Liu-Ke-Su E.Y. "Technical implementation of high-speed data radio channel from unmanned aerial vehicle of the device at a ground control station", Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta),
2019, vol. 15, no. 5, pp. 52-71.
9. Pantenkov D.G. "Technical aspects of the creation of radio-technical systems, information and team mates for the complexes with unmanned aerial vehicles", Antenna, 2021, no. 1(269), pp. 11-29.
10. Nevzorov Yu.V., Volodin E.A., Korenkov A. S., Fomina I.A. "System of interspecific communication on an unmanned aerial vehicle", Systems and Means of Communication, Television and Radio Broadcasting (Sistemy i sredstva svya-zi, televideniya i radioveshchaniya), 2013, no. 1-2, pp. 47-49.
11. Tsvetkov K.Yu., Akmolov A.F., Viktorov E.A. "Model of a channel for controlling the transmission of mixed speech and data traffic in a multi-altitude satellite communication system", Information and Control Systems (Informatsionno-upravlyayushchie sistemy), 2012, no. 3, pp. 63-70.
12. Blagodaryashchev I.V., Antokhin E.A., Fedulin A.M., Panichev V.A. "Experience in the use of simulation modeling of combat operations based on virtual reality technologies for evaluating ground-based robotic complexes for military purposes", Robotics and Technical Cybernetics (Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika), 2019, vol. 7, no. 2, pp. 94-99.
13. Dolzhenkov N.N., Abramov A.V., Egorov A.T., Lomakin A.A., Pantenkov D.G. "On-board radio communication terminal of an unmanned aerial vehicle" ("Bortovoy terminal radiosvyazi bespilotnogo letatel'nogo apparata"), Patent for utility model 191 165, Russian Federation, IPC H 04 B 7/02 (2006.01), 26.07.2019, bul. 21.
14. Pantenkov D.G., Litvinenko V.P. "Technical realization of critical nodes and devices for receiving broadband radio signals", Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta),
2020, vol. 16, no. 3, pp. 34-45.
15. Tsvetkov V.K., Lyalin K.S., Sinani A.I., Pereverzev A.L., Oreshkin V.I. "System of information exchange and object detection in conditions of complex terrain", Nanoindustry, 2020, no. S5-1(102), pp. 117-125.
16. Verba V.S., Tatarsky B.G. "Complexes with unmanned aerial vehicles. Principles of construction and features of the use of complexes with UAVs" ("Kompleksy s bespilotnymi letatel'nymi apparatami. Printsipy postroyeniya i osobennosti primeneniya kompleksov s BLA"), monograph, Moscow: Radiotekhnika, 2016, 507 p., 821 p.
17. Verba V.S., Tatarsky B.G. "Complexes with unmanned aerial vehicles. UAV-based robotic complexes" ("Kompleksy s bespilotnymi letatel'nymi apparatami. Robototekhnicheskie kompleksy na osnove BLA"), monograph, Moscow: Radiotekhnika, 2016, 821 p.
18. Ivankin E.F. "Information systems with posterior processing of measurement results" ("Informatsionnye sistemy s apo-steriornoy obrabotkoy rezul'tatov izmereniy"), monograph, Moscow: Goryachaya liniya - Telekom, 2008, 168 p.
19. Kuznetsov D.A., Mitroshina P.O., Sagdeev A.K., Semin A.A. "Features of building a radio channel with an unmanned aircraft", Works of Educational Institutions of Communications (Trudy uchebnykh zavedeniy svyazi), 2016, vol. 2, no. 2, pp. 82-88.
20. Chirov D.S., Lobov E.M. "The choice of a signal-code design for a command-telemetry radio communication line with unmanned aerial vehicles of medium and long range", T-Comm: Telecommunications and Transport, 2017, vol. 11, no. 10. pp. 21-28.
21. Makarenko S.I. "Robotic complexes for military purposes - current state and prospects of development", Control, Communication and Security Systems (Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti), 2016, no. 2, pp. 73-132. DOI: 10.24411/2410-9916-201610204.
22. Makarenko S.I., Timoshenko A.V., Vasilchenko A.S. "Analysis of means and methods of countering unmanned aerial vehicles. Part 1. Unmanned aerial vehicle as an object of detection and destruction", Control, Communication and Security Systems (Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti), 2020, no. 1, pp. 109-146. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10105.
23. Makarenko S.I., Timoshenko A.V. "Analysis of means and methods of countering unmanned aerial vehicles. Part 2. Fire damage and physical interception", Control, Communication and Security Systems (Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti), 2020, no. 1, pp. 147-197. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10106.
24. Makarenko S.I. "Analysis of means and methods of countering unmanned aerial vehicles. Part 3. Electronic suppression of navigation and radio communication systems Control, Communication and Security Systems (Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti), 2020, no. 2, pp. 101-175. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10205.
25. Makarenko S.I. "Analysis of means and methods of countering unmanned aerial vehicles. Part 4. Functional damage by ul-trahigh-frequency and laser radiation", Control, Communication and Security Systems (Sistemy upravleniya, svyazi i bezopasnosti), 2020, no. 3, pp. 122-157. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10304.
26. Bomstein K.G., Polyansky V.V. "Fight against enemy unmanned aerial vehicles", Flight (Polyet) All-Russian Scientific and Technical Journal, 2014, no. 2. pp. 49-60.
27. Semenets V.O., Trukhin M.P. "Methods of countering unmanned aerial vehicles", High-tech Technologies in Space Research of the Earth (Naukoyemkie tekhnologii v kosmicheskikh issledovaniyakh Zemli), 2018, vol. 10, no. 3, pp. 4-12.
Submitted 03.03.2022; revised 19.04.2022 Information about the authors
Dmitriy G. Pantenkov, Cand. Sc. (Technical), Deputy Chief Designer of radio communication systems, Kronstadt (10, building 1, 1st Volokolamsk ave., Moscow 123060, Russia), 8(926)109-23-95, e-mail: pantenkov88@mail.ru
Mikhail A. Zagnetko, Cand. Sc. (Technical), Senior Researcher, Chief Designer of radio communication systems, Moscow Scientific Research Television Institute (7a, build. 1, Golyanovskaya str., Moscow 105094, Russia), e-mail: mzagnetko@gmail.com Vladimir P. Litvinenko, Cand. Sc. (Technical), Associate Professor, Voronezh State Technical University (84 20-letiya Oktyabrya str., Voronezh 394006, Russia), e-mail: litvinvp@gmail.com
